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放射温度計（パイロメーター）は、遠隔地の物体の温度を測定するために使用されるリモートセンシング温度計の一種です。歴史的に、さまざまな形態の放射温度計が存在してきました。現代では、放射温度計は、放射測定の一種である放射測定法として知られるプロセスによって、遠距離から表面が放出する熱放射量から表面温度を測定する装置です。
パイロメーターという言葉は、ギリシャ語で火を意味する「πῦρ」（pyr）と、測定を意味する「meter」に由来します。パイロメーターという言葉はもともと、少なくとも赤熱した物体から放出される可視光である白熱によって物体の温度を測定できる装置を指すために作られました。 [ 1 ]赤外線温度計は、赤外線放射束を検出することによって、室温までの低温の物体の温度も測定できます。現代のパイロメーターは幅広い波長に対応しており、一般的に放射温度計と呼ばれています。[ 2 ]
高温計は、観測者が受ける光の強度が、観測者から光源までの距離と遠方の光源の温度に依存するという原理に基づいています。現代の高温計は、光学系と検出器を備えています。光学系は熱放射を検出器に集束させます。検出器の出力信号（温度T）は、熱放射または放射照度と関連しています。ステファン・ボルツマンの法則による対象物の特性、比例定数σ （ステファン・ボルツマン定数と呼ばれる）、および対象物の放射率ε：
この出力は、高温計を対象物と熱的に接触させる必要なく、離れた場所から対象物の温度を推測するために使用されます。他のほとんどの温度計（例えば、熱電対や抵抗温度検出器（RTD））は、対象物と熱的に接触させて熱平衡に達するまで放置されます。
気体の高温測定には困難が伴う。これらの困難は、細線式高温測定法または煤式高温測定法を用いることで克服されるのが一般的である。どちらの手法も、高温ガスと接触する小さな固体を用いる。
パイロメーターという用語は、ライデン瓶の発明者としてよく知られているピーテル・ファン・ムッシェンブルックによって1730年代に造語されました。彼の装置は現存する標本は知られていませんが、金属棒の膨張を測定するものであったため、現在では膨張計と呼ばれることがあります。[ 3 ]
現存する最古の高温計の例は、ロンドン科学博物館が所蔵するヒンドレー高温計で、1752年に王室コレクションのために製作されたものです。高温計は十分に有名な機器であり、 1760年には数学者のオイラーによって詳細に記述されています。[ 4 ]
1782年頃、陶芸家のジョサイア・ウェッジウッドは、窯の温度を測定するために、異なるタイプの高温計（あるいは高温測定装置）を発明しました。 [ 5 ]これは当初、既知の温度で焼成された粘土の色を比較するものでしたが、最終的には窯の温度に依存する粘土片の収縮を測定するように改良されました（詳細はウェッジウッドスケールを参照）。 [ 6 ]後期の例では、金属棒の膨張が使用されました。[ 7 ]
1860年代から1870年代にかけて、ウィリアムとヴェルナーのジーメンス兄弟は白金抵抗温度計を開発した。当初は海底ケーブルの温度を測定するために用いられたが、その後、冶金分野で1000℃までの温度を測定できるように改良され、高温計 という名称が付けられた。
1890年頃、アンリ・ルイ・ル・シャトリエは熱電高温計を開発した。[ 8 ]
最初の消失フィラメント式高温計は、 1901年にL. ホルボーンとF.クルルバウムによって製作されました。 [ 9 ]この装置は、観察者の目と白熱物体の間に細い電気フィラメントを備えていました。フィラメントを流れる電流は、物体と同じ色（したがって温度）になり、もはや見えなくなるまで調整され、電流から温度を推測できるように校正されました。[ 10 ]
消失フィラメント高温計や、輝度高温計と呼ばれる同種の機器によって返される温度は、対象物の放射率に依存します。輝度高温計の使用が増えるにつれて、放射率の値に関する知識に頼ることには問題があることが明らかになりました。放射率は、表面の粗さ、体積や表面の組成、さらには温度自体によっても、しばしば劇的に変化することがわかっています。[ 11 ]
これらの困難を回避するために、比率式または二色式放射温度計が開発されました。これは、個々の波長で放出される放射の強度と温度の関係を示すプランクの法則を、2つの異なる波長での強度に関するプランクの記述を割ることで温度について解くことができるという事実に基づいています。この解は、放射率が両方の波長で同じであると仮定し[ 10 ]、割り算で相殺されます。これは灰色体仮定として知られています。比率式放射温度計は、基本的に1つの機器に2つの輝度放射温度計が組み込まれています。比率式放射温度計の動作原理は1920年代と1930年代に開発され、そのような機器は1939年に市販されました。[ 9 ]
比率放射温度計が広く使われるようになると、金属などの多くの物質は、2つの波長で同じ放射率を持たないことが判明しました。[ 12 ]これらの物質では、放射率が相殺されないため、温度測定に誤差が生じます。誤差の量は、放射率と測定が行われる波長に依存します。[ 10 ] 2色比率放射温度計では、物質の放射率が波長に依存するかどうかを測定することはできません。
放射率が不明または変化する実際の物体の温度をより正確に測定するために、多波長放射温度計が米国国立標準技術研究所で構想され、1992 年に記述されました。[ 9 ]多波長放射温度計は、3 つ以上の波長と結果の数学的操作を使用して、放射率が不明または変化している場合、または測定波長によって異なる場合でも、正確な温度測定を達成しようとします。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
高温計は、特に移動物体や、手が届かない、または触れることができない表面の測定に適しています。最新のマルチスペクトル高温計は、ガスタービンエンジンの燃焼室内の高温を高精度で測定するのに適しています。[ 13 ]
温度は冶金炉操業における基本的なパラメータです。操業を効果的に制御するためには、金属温度を信頼性高く連続的に測定することが不可欠です。これにより、製錬速度を最大化し、最適な温度でスラグを生成し、燃料消費量を最小限に抑え、耐火物の寿命を延ばすことができます。従来、この目的には熱電対が用いられてきましたが、熱電対は溶融・劣化するため、連続測定には適していません。
塩浴炉は最高1300 ℃の温度で稼働し、熱処理に使用されます。溶融塩と処理対象の鋼材との間で激しい熱伝達を伴う非常に高い作業温度では、溶融塩の温度を測定することで精度が維持されます。ほとんどの誤差は、塩浴よりも温度の低い表面のスラグによって引き起こされます。 [ 14 ]
羽口式高温計は、炉の浴槽に空気や反応物を供給するために通常使用される羽口を通して温度を測定するための光学機器です。
蒸気ボイラーには、過熱器内の蒸気温度を測定するための高温計が取り付けられている場合がある。
熱気球には、気球の生地が過熱するのを防ぐために、気球の気球上部の温度を測定する高温計が装備されている。
実験用ガスタービンエンジンには、タービンブレードの表面温度を測定するために高温計が取り付けられることがある。このような高温計はタコメーターと組み合わせることで、高温計の出力と個々のタービンブレードの位置を連動させることができる。タイミングとラジアル位置エンコーダを組み合わせることで、技術者はプローブを通過するブレード上の正確な位置の温度を測定することが可能となる。
現在では「放射温度計」という用語がより一般的に好まれている。
ドレイパー、ジョン・ウィリアム。
